JPH1018042A - 薄膜作成装置 - Google Patents

薄膜作成装置

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JPH1018042A
JPH1018042A JP16951596A JP16951596A JPH1018042A JP H1018042 A JPH1018042 A JP H1018042A JP 16951596 A JP16951596 A JP 16951596A JP 16951596 A JP16951596 A JP 16951596A JP H1018042 A JPH1018042 A JP H1018042A
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JP
Japan
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cvd
substrate
thin film
film forming
light
Prior art date
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Pending
Application number
JP16951596A
Other languages
English (en)
Inventor
Hitoshi Nishino
仁 西野
Shinichi Tada
進一 多田
Shigeru Morikawa
茂 森川
Naoki Inoue
直樹 井上
Takamitsu Fujii
隆満 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1018042A publication Critical patent/JPH1018042A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】結合エネルギーが大きく、励起・解離が困難な
化合物を原料として使用した場合であっても目的とする
材料を形成することが可能であって、従来の薄膜作成装
置では作成することができなかった組成を有する薄膜の
作成を可能とする薄膜作成装置を提供する。 【解決手段】化学的気相蒸着(CVD)法であるプラズ
マCVDと光CVDを同時に行うことを可能とする薄膜
作成装置であって、原料供給手段、基板保持手段、光源
と前記光源より発生した光を成膜室内に導入する窓、並
びにプラズマ発生手段を構成要素として含め、薄膜作成
装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学的気相蒸着
(CVD)法により、基板上に薄膜を形成する薄膜作成
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】基板上に薄膜を生成する方法としては気
相成長法、液相成長法、その他無電解メッキ法等が知ら
れており、気相成長法として物理的気相成長法、化学的
気相成長法が知られている(薄膜作成応用ハンドブッ
ク、権田俊一監修、エヌ・ティー・エヌ)。さらに化学
的気相成長法(CVD)法としては、プラズマCVD、
熱CVD、レーザーCVDを含む光CVDなどが知られ
ており、これらに記載の技術は、いずれも、従来は単独
で薄膜形成に使用されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、CVD法に
より目的とする材料を作成する場合には、通常、複数の
原料物質より目的とする複数種の活性種を発生させ、こ
れらを反応させる必要があり、当該原料物質を形成する
化学結合を励起ないしは解離させるためにプラズマ、
熱、光等が使用される。ところが、新規な化合物を作成
しようとする場合には安定性の大きい結合を有する化合
物を原料として使用しなければならない場合があり、単
一の励起手段では目的とする化合物を得られないか、ま
た得られたとしても前述の安定な結合であって目的とす
る薄膜材料には好ましくない結合が生成物中に残存し
て、理想的な組成を有するものが得られない結果となる
ことがある。
【0004】本発明は、結合エネルギーが大きく、励起
・解離が困難な化合物を原料として使用した場合であっ
ても目的とする材料を形成することが可能であって、従
来の薄膜作成装置では作成することができなかった組成
を有する薄膜の作成を可能とする薄膜作成装置を提供す
るものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、化学的気相蒸
着(CVD)法であるプラズマCVDと光CVDを同時
に行うことを可能とする薄膜作成装置に関するものであ
る。
【0006】即ち、本発明は、原料供給手段、基板保持
手段、光源と前記光源より発生した光を成膜室内に導入
する窓、並びにプラズマ発生手段を備えている薄膜作成
装置に関するものである。
【0007】このような構成の装置により、プラズマC
VDと光CVDを同時に実行することが出来る。
【0008】本発明の光CVDの光源としては、波長が
100〜300nmの範囲の光を含む光源を使用するこ
とが好ましく、特に中心波長が100〜300nmのレ
ーザー光の使用が好ましい。この範囲の波長の光が原料
物質を励起ないし解離し、活性種を生成する作用が強
く、新規な化合物の生成、高純度な化合物の生成等に有
益である。
【0009】かかる薄膜作成装置を使用することによ
り、プラズマCVDと光CVDを同時に、同じ成膜室内
で行うことが可能となり、一方のみのCVD法を使用し
た場合より反応系に高エネルギーが供給される結果、原
料物質が高度に励起ないしは解離されて目的とする材料
の理想的な組成に近い薄膜を形成することができる。
【0010】また、本発明の薄膜形成装置を使用する
と、同一成膜室内で同一基板上にプラズマCVDと光C
VDをそれぞれ独立して行うことも可能であり、プラズ
マCVD、光CVDに適した別個の組成の膜を積層して
形成することも可能である。プラズマCVD法によれば
イオン種が発生するため、半導体の製造において、プラ
ズマCVDを使用すると基板に損傷を与える場合があ
り、このようなケースにおいては本発明の装置を使用
し、初期に光CVD、特にレーザーCVD法を使用し、
その後プラズマCVDを使用すると基板に損傷を与える
ことなく半導体を作成することができる。
【0011】本発明における薄膜作成装置においては、
基板保持手段は揺動可能に構成されており、基板に対す
る光の照射角度が可変であることが好ましい。かかる構
成により、光を基板に照射することなく気相のみに照射
してCVDを行うことも、またプラズマCVDを行いつ
つ基板上に形成される薄膜をレーザー等の光にて照射す
ることも可能である。気相のみを光にて照射した場合は
気相において高度に励起ないしは解離された活性種を基
板上に蒸着・反応させる結果となり、また基板保持手段
を回動させて基板に直接光を照射した場合には、プラズ
マCVDにより形成された薄膜にさらに光のエネルギー
が加えられる結果、生成した膜について化学反応を理想
的な状態にまで到達させ、また化合物中の不純物を除去
すること等が可能となる。また、プラズマCVD、光C
VDを併用することにより、そのいずれかを単一で使用
する場合には発生させ得ない活性種を発生させることも
可能である。
【0012】さらに、薄膜形成化合物が基板上に膜を形
成する際、形成された膜に光を照射することにより、膜
を形成する原子レベルの厚さの層の特性をコントロール
することも可能である。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の装置を図1に示した例に
基づき説明する。この例においては光源としてレーザー
光を使用した装置について説明する。成膜室本体1には
原料を供給する供給口3、レーザー光を導入する窓5、
並びに基板に接続されるマッチングボックス7と高周波
(RF)電源9が備えられている。この他に成膜室内を
真空にするための接続口、基板の交換手段等も設けられ
る。基板11は基板保持手段13により保持され、前記
基板保持手段13は基板とレーザー光が平行となる位置
から、基板とレーザー光が直角となり、基板に対して垂
直にレーザー光が照射される位置まで揺動可能に構成さ
れている。
【0014】図1では高周波(RF)電源9はマッチン
グボックス7を介して基板11と基板保持手段13との
間に設置された電極15に接続された例が示されている
が、かかる構成とすることにより、基板付近に弱電離プ
ラズマを生成させることができ、これによりプラズマC
VDが行われる。なお、これらのマッチングボックス7
と高周波(RF)電源9は基板に対向する位置に備えら
れていてもよい。
【0015】本発明においては、図2に例示されるよう
に、原料ガス導入口は複数個設けられていても良く、特
に結合エネルギーが高く、励起することが困難な原料化
合物の一部または全部をプラズマ発生装置を介して成膜
室内に導入し、他の成分を別の導入口より導入すること
により、成膜室内における活性種の比率を最適化するこ
とが可能となる。
【0016】本発明においてプラズマCVD法に使用す
るプラズマ発生手段としては、周知の手段が使用可能で
あり、前述のマッチングボックスとRF電源を使用する
容量結合型プラズマCVDの他、ECR、ヘリコン波、
誘導結合型のプラズマCVD、アークプラズマCVD等
が例示でき、使用可能である。
【0017】本発明において光CVDの光源として使用
できるものは、水銀ランプ、レーザー光等が使用でき、
さらにレーザー光としては、YAGレーザー、エキシマ
レーザー等の使用が好ましい。上記のレーザーは波長が
短く、エネルギーが高いために結合エネルギーの大きな
安定な化学結合の励起・解離並びに化学反応の完結等に
特に有効に作用する。特に、エキシマレーザーとしては
Ar2 、Kr2 、Xe2 などの希ガスエキシマレーザ
ー、ArF、KrF、XeClなどの希ガスハロゲンエ
キシマレーザー等が例示できる。
【0018】成膜室内には原料ガス以外に、反応しない
不活性ガスを導入することは好ましい態様であり、不活
性ガスの流量を制御することによってノズルから放出さ
れる原料ガスの流速や全体のガス圧を制御することが可
能となり、形成される膜の均一性、及び膜の特性を制御
し、より特性の優れた膜を形成することができる。
【0019】なお、本発明の薄膜作成装置を使用して薄
膜を作成する場合、光CVDとプラズマCVDを全く同
時に行う必要はなく、同時に2種のCVDを行ってもよ
く、いずれかのCVD法を単独で行うように使用しても
よい。例えば、レーザー光が基板を照射するように基板
保持手段を揺動させ、原料ガス供給前に基板を照射する
と、基板に付着した汚染物質が除去されることによって
も基板塗膜の密着性が向上する。
【0020】
【実施例】以下、本発明の薄膜形成装置を使用し、窒化
炭素薄膜及びポリシリコン膜を作成した実施例を説明す
る。 (実施例1)原料ガスとして、炭素原材料としてメタン
(CH4 )、窒素源として窒素ガス(N2 )を使用し、
以下の条件により窒化炭素薄膜を作成した。ただし、レ
ーザー光は基板と平行に設定し、直接基板に照射はしな
かった。
【0021】
【表1】
【0022】(比較例1)レーザー光を照射せず、窒素
ガス流量を230sccmに設定した以外は実施例1と
同じ条件で成膜を行った。
【0023】実施例1、及び比較例1にて得られた薄膜
についてXPS分析を行った。その結果、実施例1にて
得られた薄膜については、C(1S)の結合エネルギー
は287eVに観測され、これはC−N結合に起因して
いるものと考えられる。一方、比較例1にて得られた薄
膜については、C(1S)の結合エネルギーは285e
Vに観測され、これはC−C結合に起因するものと考え
られる。即ち、プラズマCVD、レーザーCVDを同時
に行うことにより、C−C結合が少なく、C−N結合が
多い理想的な窒化炭素薄膜を形成できることが分かっ
た。
【0024】(実施例2)下記の表2の条件にて、原料
ガスとしてジシラン(Si2 6 )及び水素ガス
(H2 )を使用し、プラズマCVDとレーザーCVDを
併用して基板上にポリシリコン膜を作成した。
【0025】
【表2】
【0026】(比較例2)下記の表3の条件に従い、レ
ーザーCVDにより薄膜を形成した。
【0027】
【表3】
【0028】実施例2、比較例2にて得られた薄膜を比
較すると、実施例2により得られた薄膜に水素が多く取
り込まれていることが分かった。これはレーザー光だけ
ではH2 の励起、分解、イオン化が十分に行われないた
め、Hの活性種が反応系において不足し、このためにシ
リコン基板表面のHによる被覆(最表面Siのダングリ
ングボンドの水素終端化)が十分行われないことを示し
ているものと考えられる。このような現象が起こると膜
の品質が低下する。
【0029】(実施例3)原料ガスとしてシラン(Si
4 )とアンモニア(NH3 )を使用し、基板としては
シリコンを使用してこの上に窒化珪素(SiN)の薄膜
を形成した。RF電源はマッチングボックスを介して基
板と基板保持部材のあいだに設けられた電極に接続し、
基板表面付近にプラズマを発生可能とした。SiN膜の
形成は、薄膜形成の重要な部分であって膜の特性に大き
く影響する初期段階はレーザーCVDにより行って約2
00Åの層を形成し、次いでその上にプラズマCVDに
より約800Åの厚さの層を形成し、合計1000Åの
SiN層を作成した。レーザーCVDによる膜形成速度
はおよそ70Å/minであったが、プラズマCVDで
はおよそ500Å/minであり、レーザーCVDのみ
によれば1000ÅのSiN層の作成には約14分必要
であるが、本装置を使用することにより、レーザーCV
Dのみにより得られるのと同等の特性を有するSiN膜
が4.5分で得られた。
【0030】
【発明の効果】本発明の薄膜作成装置を使用し、プラズ
マCVD、レーザーCVDを同時に行うことによりいず
れかの方法のみでは励起、解離することができなかった
原料物質を励起し、解離することが可能となり、これに
より新たな活性種を生成させ、新規な組成を有する薄膜
の作成が可能となる。また、単独のCVDと比較して成
膜速度も向上させることができる。基板保持手段が揺動
可能に形成されており、基板に直接レーザー光を照射す
ることが可能となるために、基板表面の汚れ、好ましく
ない化合物層を除去でき、また形成される膜の特性を調
節することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラズマCVD、レーザーCVDを同時に行う
ことができる薄膜作成装置の概略を示す図
【図2】原料ガスの一部をプラズマ化して成膜室内に供
給する装置を示した図
【符号の説明】
1 成膜室本体 3 原料ガス供給口 5 光導入窓 7、9 プラズマ発生手段(7 マッチングボックス、
9 RF電源) 11 基板 13 基板保持手段 15 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 直樹 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内 (72)発明者 藤井 隆満 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマCVDと光CVDを同時に行うこ
    とにより薄膜が作成可能な薄膜作成装置。
  2. 【請求項2】原料供給手段、基板保持手段、光源と前記
    光源より発生した光を成膜室内に導入する窓、並びにプ
    ラズマ発生手段を備える薄膜作成装置。
  3. 【請求項3】前記光CVDの光源として波長100〜3
    00nmの範囲の光を含む光源を使用する請求項1又は
    2に記載の薄膜作成装置。
  4. 【請求項4】前記プラズマ発生手段は、基板近傍にプラ
    ズマを発生可能に装着されている請求項2に記載の薄膜
    作成装置。
  5. 【請求項5】前記基板保持手段は揺動可能に構成されて
    おり、基板に対する前記レーザー光の照射角度が可変で
    ある請求項2記載の薄膜作成装置。
JP16951596A 1996-06-28 1996-06-28 薄膜作成装置 Pending JPH1018042A (ja)

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JP16951596A JPH1018042A (ja) 1996-06-28 1996-06-28 薄膜作成装置

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007262551A (ja) * 2006-03-30 2007-10-11 Toray Eng Co Ltd シリコン系薄膜の形成方法
JP2014527257A (ja) * 2011-06-28 2014-10-09 エムティーアイエックス リミテッド 複数の結合されたエネルギー源を用いた材料の表面処理方法及び装置。
JP2016514364A (ja) * 2013-02-26 2016-05-19 ソイテックSoitec 構造を処理するためのプロセス
US9605376B2 (en) 2011-06-28 2017-03-28 Mtix Ltd. Treating materials with combined energy sources

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JP2014527257A (ja) * 2011-06-28 2014-10-09 エムティーアイエックス リミテッド 複数の結合されたエネルギー源を用いた材料の表面処理方法及び装置。
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